← Классификация химических реакций

Тепловой эффект, фаза, катализатор и обратимость

Четыре признака, которые чаще всего встречаются в задании на классификацию.

3. Типы реакций по энергетическому эффекту

В зависимости от того, выделяется или поглощается теплота, выделяют экзотермические и эндотермические превращения.

3.1. Экзотермические процессы (+Q)

Сопровождаются высвобождением тепловой энергии в окружающую среду. Характерные примеры: большинство реакций соединения, горение, нейтрализация, взаимодействие щелочных металлов с водой, алюминотермия.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Q
2H2 + O2 → 2H2O + Q
N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 + Q
2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3 + Q
NaOH + HCl → NaCl + H2O + Q
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑ + Q
CaO + H2O → Ca(OH)2 + Q
(NH4)2Cr2O7 → Cr2O3 + N2↑ + 4H2O + Q

Исключения (эндотермические соединения):

N2 + O2 → 2NO − Q
H2 + I2 → 2HI − Q

3.2. Эндотермические процессы (–Q)

Протекают с поглощением тепловой энергии из окружающей среды. Характерные примеры: большинство разложений, гидролиз, электролиз, фотолиз, термический крекинг.

CaCO3 → CaO + CO2↑ − Q
2H2O → 2H2↑ + O2↑ − Q
3O2 → 2O3 − Q
Cu(OH)2 → CuO + H2O − Q
C10H22 → C5H10 + C5H12 − Q
CH4 → C + 2H2 − Q

4. Типы реакций по агрегатному состоянию участников

Вещества способны пребывать в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. По этому признаку химические превращения подразделяют на:

4.1. Гомогенные процессы

Все участники и продукты находятся в одной фазе, поэтому взаимодействие частиц происходит во всём объёме системы. К гомогенным относят взаимодействия типа жидкость + жидкость и газ + газ.

2SO2(г) + O2(г) → 2SO3(г)
N2(г) + 3H2(г) ⇌ 2NH3(г)
CH4(г) + 2O2(г) → CO2(г) + 2H2O(г)
H2(г) + Cl2(г) → 2HCl(г)
NaOH(р-р) + HCl(р-р) → NaCl(р-р) + H2O

4.2. Гетерогенные процессы

Участники и продукты находятся в разных фазах, а взаимодействие частиц происходит только на границе раздела этих фаз. К гетерогенным относят взаимодействия типа: газ + жидкость, газ + твёрдое, твёрдое + твёрдое, твёрдое + жидкость.

CO2(г) + Ca(OH)2(р-р) → CaCO3↓ + H2O
Zn(тв) + 2HCl(р-р) → ZnCl2(р-р) + H2↑
CaCO3(тв) → CaO(тв) + CO2↑
2Al(тв) + Fe2O3(тв) → 2Fe + Al2O3
Fe(тв) + CuSO4(р-р) → FeSO4(р-р) + Cu↓

5. Типы реакций по участию катализатора

Катализатор — вещество, которое увеличивает скорость превращения, но не расходуется и не входит в конечные продукты. Он временно связывается с реагентами, а затем высвобождается.

Важно!

Упрощённая схема действия катализатора К:
A + K → AK
AK + B → AB + K

5.1. Каталитические процессы

Превращения, протекающие при участии катализатора.

2KClO3 → 2KCl + 3O2↑ (MnO2)
2SO2 + O2 ⇌ 2SO3 (V2O5)
N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 (Fe)
2H2O2 → 2H2O + O2↑ (MnO2)
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Pt)

5.2. Некаталитические процессы

Превращения, протекающие без добавления катализатора.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
NaOH + HCl → NaCl + H2O
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + 2NaCl
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑

5.3. Ферментативные процессы

Биохимические превращения в живых клетках идут при участии особых белковых катализаторов — ферментов. Такие превращения называют ферментативными.

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2↑ (зимаза)
H2O2 → H2O + ½O2 (каталаза)

6. Типы реакций по направлению протекания

6.1. Обратимые процессы

Могут идти как в прямом, так и в обратном направлении: образовавшиеся продукты способны вновь превращаться в исходные вещества при тех же условиях. Типичные обратимые превращения: большинство гомогенных газовых реакций, этерификация, гидролиз, гидратация ⇌ дегидратация.

N2 + 3H2 ⇌ 2NH3
2SO2 + O2 ⇌ 2SO3
CO + H2O ⇌ CO2 + H2
H2 + I2 ⇌ 2HI
C2H5OH + CH3COOH ⇌ CH3COOC2H5 + H2O
Обратимые реакции
Рис. 3. Обратимые реакции

6.2. Необратимые процессы

Протекают преимущественно в одном направлении: продукты практически не способны вернуться к исходным веществам при данных условиях.

Важно!

Признаки необратимости: горение, взрывы, выпадение осадка ↓, выделение газа ↑, образование воды.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑
BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + 2NaCl
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑
AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3
H2 + F2 → 2HF